液体金属のレーザー誘起ブレークダウン分光と非線形光学的応用

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レーザーパルス光を物質に照射すると、しきい値以上で誘電破壊(ブレークダウン)が起こり、プラズマ放電が生じるため透過率がゼロ付近へ低下する。したがって、プラズマはしきい値以上の光を遮断するoptical limiterとして動作する。液体金属ではしきい値が低く、また損傷も短時間に回復すると期待できるので、保護材料として有望である。本研究では、液体金属のレーザー誘起ブレークダウンスペクトル(LIBS)を測定し、その非線形光学過程を解明するとともに、プラズマの光吸収を応用し、液体金属をoptical limiterとして実用化する可能性を追求することを目的とした。昨年度に引き続き、本年度はGa, Inなど低融点金属・合金並びに低融点導電性高分子(有機液体金属)のLIBS測定を行った。本補助金でスペクトログラフを購入し、大学に現有のナノ秒パルスYAGレーザー、窒素レーザー、色素レーザー並びに本補助金で昨年度購入した連続光・フラッシュキセノンランプ、CCDカメラ、フレームグラバーを組み合わせることにより、マルチチャンネル可視・近赤外時間分解LIBS測定装置並びに時間分解アブレーション顕微観察装置を構築した。この装置を用いて気相並びに液相-金属界面におけるLIBS発生とプラズマ発光のメカニズムを検討した。単純な熱拡散と黒体輻射のモデルに基づいて発光スペクトルと金属界面吸収率の定量的評価を試みた。(投稿中)今後の研究展開として、この装置を用いて更に各種無機・有機液体金属薄膜の時間分解LIBS測定とブレークダウン顕微観察を行い、液相ブレークダウン過程とoptical limitingのメカニズムを明らかにする計画である。